DE102018204205A1

DE102018204205A1 - System und Verfahren zur Zustellung von Waren von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt mittels Drohnen

Info

Publication number: DE102018204205A1
Application number: DE102018204205.5A
Authority: DE
Inventors: David Longin; Mark GIJBELS
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2018-03-20
Publication date: 2019-09-26
Also published as: US11587015B2; CN110303972A; US20190295033A1

Abstract

Ein System für eine Zustellung von Waren (34) von einem Startpunkt (54) zu einem Zielpunkt (56) mit mindestens einer Drohne (20), die a) eine für autonomes Fliegen eingerichtete Flugkontrolleinheit (22) aufweist, b) mindestens einen als Elektromotor (24) ausgebildeten Flugmotor hat, c) einen Akkumulator (28) aufweist, der den Flugmotor mit Spannung versorgt, d) eine programmierbare Steuereinheit (30) hat, und e) an ihrer Unterseite eine Kupplung (34) für eine elektrische und vorzugsweise auch mechanische Verbindung aufweist, mit einer Steuerzentrale (50), die in drahtloser Verbindung mit der Steuereinheit (30) der Drohne (20) ist, mit einem Mobilitätsnetzwerk bestehend aus einer Flotte von Fahrzeugen (44), insbesondere Straßenfahrzeugen, wobei jedes Fahrzeug einen Drohnenträger (40) aufweist, der eine mit der Kupplung (36) zusammenwirkende Gegenkupplung (38) hat, und mit einer digitalen Mobilitätsplattform (46), die mit der Flotte von Fahrzeugen (44) in drahtloser Verbindung ist, über deren Fahrpläne, Drohnenträger (40), aktuelle Standorte der Fahrzeuge (44) informiert ist und mit der Steuerzentrale (50) in Verbindung ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur Zustellung von Waren bzw. Paketen von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt. Es werden Drohnen verwendet, die jeweils eine Ware transportieren. Eine Drohne hat nur eine begrenzte Flugdauer und eine begrenzte Aufnahmefähigkeit für eine Ware, wobei beide Begrenzungen noch miteinander zusammenhängen. Je schwerer die Ware ist, umso kürzer ist die Flugdauer. Die Erfindung verwendet kleinere Drohnen, die Waren bis maximal 10 kg Gewicht, insbesondere bis maximal 3 kg Gewicht transportieren können. Es sollen Drohnen eingesetzt werden, die auf dem Markt erhältlich sind und die weiterhin möglichst geringe behördliche Auflagen haben. Sie sollen nur in einem begrenzten Gebiet operieren. Dabei ist angestrebt, dass nicht verschiedene Drohnen eingesetzt werden, um eine Ware vom Startpunkt zum Zielpunkt zu bringen, sondern dass der Transport möglichst durch eine einzige Drohne erfolgt.
Dabei hat das begrenzte Gebiet größere Abmessungen als die normale Flugstrecke der Drohnen. Anders ausgedrückt kann die einzelne Drohne die Strecke vom Startpunkt zum Zielpunkt nicht in einer einzigen Flugstrecke bewältigen. Vorzugsweise ist das begrenzte Gebiet das Gebiet einer Stadt. In einer städtischen Umgebung ist üblicherweise der Bedarf an einem Transport von Waren relativ hoch. Ausgehend von einem Lager, das in der Regel den Startpunkt bildet und in dem sich die einzelnen Waren befinden, soll jeweils eine einzelne Ware mittels einer Drohne an einen bestimmten Zielpunkt geliefert werden, dabei hat jede Ware und damit jede Drohne in der Regel einen eigenen Zielpunkt. Nach Ausliefern der Ware soll die Drohne wieder zu ihrem Startpunkt zurückkehren oder einen neuen Auftrag erfüllen. An ihrem Startpunkt kann sie eine weitere Ware aufnehmen und einen weiteren Flug durchführen.
Es ist aber auch möglich, dass die einzelnen Drohnen Waren von unterschiedlichen Startpunkten, also zum Beispiel unterschiedlichen Kunden, aufnehmen und zu einem gemeinsamen Zielpunkt bringen, der Zielpunkt kann dabei ein Lager sein, beispielsweise das Lager einer Poststelle, eines Transportunternehmens oder dergleichen.
Die Zustellung von Waren mittels Drohnen ist bekannt. So ist US 2014/032034 A1 ein System für die Auslieferung von Waren bekannt, das mehrere autonom navigierende Drohnen einsetzt. Das System hat eine Anzahl von Basisstationen, die mit den Drohnen kommunizieren und diesen Ortsinformationen übermitteln. Über einen Computer wird das System gesteuert.
Die US 2017/011340 A1 beschreibt Systeme und Methoden zum Ausliefern eines Pakets an ein Ziel unter Verwendung einer Drohne. Bei Eingang eines Auftrags wird zunächst eine Bodenstation ausgesucht, in der sich das Paket befindet. Der Drohne wird die Anweisung übermittelt, das Paket an das Ziel zu liefern. Sie erhält einen konkreten Flugplan für den Weg zum Ziel.
Die WO 2015/155087 A1 beschreibt ein Verfahren zum Überbringen einer Sendung durch eine unbemannte Transporteinrichtung in Form einer Drohne an ein Ziel. Das Ziel hat einen Aufnahmebehälter für die Sendung. Wenn sich die Drohne im Areal um das Ziel befindet, tauscht sie Informationen mit dem Aufnahmebehälter aus. Hierzu gehören Informationen über die Berechtigung, die Sendung im Aufnahmebehälter zu deponieren, und zudem Ortungssignale, damit die Drohne im Nahbereich genau das Ziel auffinden kann.
Aus der WO 2017/079587 A1 ist es bekannt, ein Straßenfahrzeug in eine Auslieferungszone zu fahren. An Bord des Straßenfahrzeugs sind mehrere Drohnen und zudem Waren, die an Endkunden ausgeliefert werden sollen. Wenn sich das Straßenfahrzeug in der Auslieferungszone befindet, werden Drohnen gestartet, sie werden mit jeweils einer Ware beladen und fliegen zum Endkunden, wo die Ware abgelegt wird. Danach fliegen die Drohnen wieder zum Straßenfahrzeug zurück.
Aus der WO 2017/083282 A1 ist ein Liefersystem für Produkte bekannt, bei dem eine Drohne ein auszulieferndes Produkt an ein wartendes Fahrzeug eines Endkunden übergibt, das sich in einem speziellen Bereich befindet. Dort sind Kameras installiert, die das wartende Fahrzeug und die Drohne erfassen. Mittels Bildverarbeitung wird die genaue Abgabeposition des Produktes ermittelt.
Ein Vorteil der Zustellung von Waren mittels Drohnen nach dem Stand der Technik liegt in der Schnelligkeit, die auch bedingt ist durch den direkten Flugweg. Die Drohnen können Waren unmittelbar vom Startpunkt zum Zielpunkt zustellen, unabhängig von verstopften Straßen oder schwierigen Verkehrs-bedingungen. In einer Vielzahl von Fällen kommt es aber auf eine unmittelbare, direkte Zustellung der Ware und/oder einen direkten Flugweg nicht an, vielmehr genügt es in der Mehrzahl der Fälle, dass die Ware innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens, beispielsweise drei Stunden, vom Startpunkt zum Zielpunkt gelangt. Anders ausgedrückt ist in derartigen Fällen ein Zeitrahmen zulässig, der mindestens das dreifache, insbesondere das fünffache und eventuell das zehnfache der Zeitspanne beträgt, die für einen Direktflug zu veranschlagen ist.
Unter einer Drohne wird ein unbemanntes Luftfahrzeug verstanden. Es wird von einer Steuerzentrale geleitet. Die Drohne ist über Funkverbindung mit Netzwerken wie beispielsweise Internet, GPS usw. und hierüber mit der Steuerzentrale in Verbindung und tauscht Daten mittels dieser Funkverbindungen aus. Die Drohne kann eigenständig operieren, insbesondere autonom navigieren. Daher ist eine temporäre Unterbrechung der Funkverbindung zur Steuerzentrale unkritisch. Während einer Reise teilt die Drohne ihre aktuelle Position jeweils der Steuerzentrale mit. Vorzugsweise besteht zusätzlich die Möglichkeit, die Drohne fernzusteuern, ohne dass sie eigenständig operiert. Die Drohne ist in der Regel einem Hubschrauber ähnlich aufgebaut, beispielsweise als Quadrocopter ausgebildet, sie kann aber auch als Luftschiff ausgeführt sein. Sie hat einen motorischen Vortrieb, sie wird durch einen Elektromotor angetrieben.
Die Erfindung hatte sich zur Aufgabe gemacht, ein System und ein Verfahren für den Transport von Waren bzw. Paketen innerhalb eines begrenzten Gebietes bereitzustellen, wobei Drohnen eingesetzt werden, die in der Regel nicht eine ausreichende Flugdauer für die Zustellung der Ware zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt aufweisen und wobei die Transportzeit der Ware zwischen dem Startpunkt und dem Zielpunkt größer sein kann als die Transportzeit, wie sie bei einem Direktflug zwischen Startpunkt und Zielpunkt erreicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch System für eine Zustellung von Waren von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt, mit mindestens einer Drohne, die a) eine für autonomes Fliegen eingerichtete Flugkontrolleinheit aufweist, b) mindestens einen als Elektromotor ausgebildeten Flugmotor hat, c) einen Akkumulator aufweist, der den Flugmotor mit Spannung versorgt, d) eine programmierbare Steuereinheit hat, der mindestens ein Speicher zugeordnet ist, und e) an ihrer Unterseite eine Kupplung für eine elektrische und vorzugsweise auch mechanische Verbindung aufweist, mit einer Steuerzentrale, die in drahtloser Verbindung mit der Steuereinheit der Drohne ist, mit einem Mobilitätsnetzwerk bestehend aus einer Flotte von Fahrzeugen, insbesondere Straßenfahrzeugen, wobei jedes Fahrzeug einen Drohnenträger aufweist, der eine mit der Kupplung zusammenwirkende Gegenkupplung hat, mit einer digitalen Mobilitätsplattform, die mit der Flotte von Fahrzeugen in drahtloser Verbindung ist, über deren Fahrpläne, Drohnenträger, aktuelle Standorte der Fahrzeuge informiert ist und mit der Steuerzentrale in Verbindung ist.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass eine einzelne Drohne nicht den kompletten Weg zwischen Startpunkt und Zielpunkt im Flug zurücklegen muss. Es kann damit eine kleine Drohne gewählt werden, die eigentlich für kürzere Flugstrecken ausgelegt ist. Einen möglichst großen Anteil der Wegstrecke legt die Drohne zurück, indem sie auf Fahrzeugen, die im folgenden auch Shuttles genannt werden, mitreist. Dabei macht sich die Drohne zu Nutze, dass diese Fahrzeuge ohnehin im begrenzten Gebiet fahren und der Transport der Drohne, bis auf Anfangsinvestitionen für den Drohnenträger und laufende Kosten für die Datenverbindung, finanziell praktisch nicht zu Buche schlägt.
Verfahrensmäßig läuft der Transport einer Ware von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt nach den folgenden Verfahrensschritten ab:

a) Eingeben der Daten einer Ware, insbesondere ihres Zielpunktes, in eine Steuerzentrale,
b) Organisieren der Reise der Ware zum Zielpunkt durch die Steuerzentrale mit den Einzelschritten
- - Auswahl einer Drohne für die Reise,
- - Planen der Reiseroute, Planen einer Aufteilung in Flugstrecken und Wegstrecken mit Anfrage bei der Mobilitätsplattform nach einem Drohnenplatz für mindestens eine Wegstrecke und Buchen der mindestens einen Wegstrecke, einschließlich Planen von mindestens einer Flugstrecke,
- - Speichern der zumindest teilweise fertigen Reiseroute und Übertragen von Daten der gespeicherten Reiseroute in die Steuereinheit der Drohne,
- - Startbefehl an die Drohne.

Vorzugsweise erhält die Steuerzentrale ständig Daten über den aktuellen Ort der Drohne. Vorzugsweise prüft die Steuerzentrale, ob diese aktuellen Daten des Ortes und der Zeit mit der geplanten Reiseroute übereinstimmen. Sie kann dann, wenn eine Abweichung festgestellt wird, eine neue Reiseroute berechnen. Die Drohne folgt dann der neuen Reiseroute.
Vorzugsweise erhält die die Steuerzentrale eine Information darüber, ob sich die Drohne auf einem Drohnenträger befindet oder nicht. Vorzugsweise fragt die Steuerzentrale dann, wenn während der Reise der Drohne festgestellt wird, dass aktuell kein geeigneter Drohnenträger in der Nähe der Drohne ist, einen Warteplatz an und weist, falls dieser in der Nähe und frei ist, die Drohne an, auf dem Warteplatz zu parken.
Vorzugsweise werden beim Organisieren der Reise die Anteile der Flugstrecken an der Reiseroute mit einem höheren Gewichtsfaktor bewertet als die Anteile der Wegstrecken an der Reiseroute. Vorzugsweise ist der Gewichtsfaktor für den Kilometer Flugstrecke zumindest doppelt so hoch wie für den Kilometer Wegstrecke. Für die Gesamtstrecke der Reise wird die Summe aus den einzelnen Gewichtsfaktoren mal Länge der zugehörigen einzelnen Strecke minimiert.
In vorteilhafter Weise ist Planung so ausgelegt, dass für eine Reise die Gesamtsumme der Wegstrecken größer ist als die Gesamtsumme der Flugstrecken, insbesondere mindestens doppelt so groß ist. Vorteilhafterweise wird bei einem Stillstand des Transports auf einer Wegstrecke, wenn sich also die Ortskoordinate der Drohne für eine gewisse Zeitspanne nicht ändert, die Steuerzentrale die Drohne veranlassen, den Drohnenträger zu verlassen und einen anderen Drohnenträger oder gegebenenfalls den Zielpunkt anzufliegen.
Es wird die Integration eines Drohnenlieferschwarms in ein städtisches Mobilitätsnetzwerk vorgeschlagen. Ein städtisches Mobilitätsnetzwerk, bestehend aus einer Flotte von Fahrzeugen, in einem Netzwerk auf einer Reihe von Routen, die über Verbindungsknoten mit einer digitalen Mobilitätsplattform verbunden sind, die den Verkehrsfluss der Flotte der Fahrzeuge steuert und gegebenenfalls eine Verbindung zu einem übergeordneten Netz herstellt.
Die zustellende Drohne wird als eine weitere Klasse von Passagieren oder Gütern gesehen, die auf oder innerhalb des städtischen Mobilitätsnetzes transportiert werden können und die gleiche Infrastruktur teilen.
Die Shuttles sind mit einem Drohnenträger (z.B. auf dem Dach) ausgestattet, auf dem die Drohnen automatisch landen, sich für die gemeinsame Fahrt ausreichend mechanisch fest ankoppeln können und danach wieder starten. Dies kann auch während der Fahrt des Shuttles erfolgen. Die bisherige Funktion des Shuttles wird hierdurch nicht beeinflusst. Das Shuttle muss keine speziellen Stopps für die Drohne einlegen oder auf die Drohne warten, es muss keine anderen Strecken als bisher befahren.
Die Drohnenträger sind vorzugsweise mit einer Ladestation ausgestattet, um die Drohne während des Transports auf dem Shuttle elektrisch aufzuladen. Die Aufladung ermöglicht den Einsatz von Drohnen mit kleineren Reichweiten oder, anders ausgedrückt, den Einsatz von kleineren und damit leichteren Akkumulatoren zugunsten einer höheren Nutzlast.
Unter Shuttle wird allgemein ein beliebiges Fahrzeug verstanden, das sich im Verkehr innerhalb des begrenzten Gebietes bewegt und mit mindestens einem Drohnenträger ausgerüstet ist. Es handelt sich beispielsweise um einen Linienbus, eine Straßenbahn, eine S-Bahn oder dergleichen, die in einem festen Zeitplan vorgegebene Strecken abfahren. Ein Shuttle kann auch ein Fahrzeug sein, das nicht vorgegebene Wegstrecken abfährt, sondern z.B. als Taxi, Lieferfahrzeug und dergleichen eine geplante zukünftige Fahrstrecke an die Mobilitätsplattform meldet und damit einer Drohne die Möglichkeit der Mitreise anbietet. Für die Mitreise kann ein Preis vereinbart werden, der an den jeweiligen Betreiber des Shuttles zu zahlen ist. Die Verrechnung erfolgt über die Mobilitätsplattform und die Steuerzentrale.
Der Platz auf einem Drohnenträger kann im Voraus gebucht werden. Dies geschieht z.B. bei der Planung einer neuen Reise der Drohne. Bei dieser Planung, die in der Steuerzentrale erfolgt, kann die gesamte Reise der Drohne, einschließlich Mitfahrt auf einzelnen Shuttles und Flugstrecken im Voraus geplant und können die Drohnenträger zunächst angefragt werden. Bei der darauffolgenden Buchung wird ein Drohnenträger eines speziellen Shuttles für eine gewisse Zeit für die Drohne reserviert.
Es ist aber auch möglich, dass die Reise einer Drohne nicht im Voraus vollständig von der Steuerzentrale geplant, sondern in einzelnen Etappen von der Steuerzentrale nach und nach gesteuert wird, dass also die Drohne sich wie ein Mensch im Verkehr bewegt und jeweils an oder vor einem erreichten Zwischenziel nach der günstigsten Möglichkeit für die nächste Strecke der Reise sucht.
Die Steuerzentrale kann die Drohne anweisen, bei einem Problem, beispielsweise bei einem Verkehrsstau, ein Shuttle früher zu verlassen, als zunächst geplant, oder länger auf einem Shuttle zu bleiben usw. Die notwendigen Informationen erhält die Steuerzentrale von der Mobilitätsplattform. Die Steuerzentrale kann der Drohne ein anderes Shuttle suchen, das gerade in der Nähe ist und das für die Mitreise bei einer vollständigen Vorausplanung der Reise der Drohne nicht berücksichtigt worden wäre.
Eine Drohne liefert eine Punkt-zu-Punkt-Zustellung für jede einzelne Ware, die vorzugsweise als Paket ausgeführt ist, eins zu der Zeit: Abholung, Transport und Lieferung werden von derselben Drohne für eine Ware abgewickelt. Sobald eine Lieferung abgeschlossen ist, wird die Drohne neu routen, um die nächste Ware für eine nächste Lieferung abzuholen oder lediglich zu einer Sammelstation zurück zu fliegen und dort zu warten.
Wenn während der Reise eine Anschlussfahrt auf einem Fahrzeug noch nicht verfügbar ist, ist es vorteilhaft, Wartepunkte oder Hubs im begrenzten Gebiet zur Verfügung zu stellen, wo die Drohnen auf die nächste Fahrt parken können. Diese Wartepunkte sind ihrerseits mit einem Drohnenträger ausgerüstet.
Die Drohnen werden während ihrer Reise abwechselnd selbst fliegen oder auf einem Drohnenträger gelandet von Fahrzeugen / Shuttles mitgenommen oder an einem Wartepunkte auf die nächste Anweisung durch die Steuerzentrale warten. Sie können von einem Drohnenträger zu einem weiteren Drohnenträger eines anderen Shuttles oder eines Wartepunktes hüpfen. Die Drohnen können dabei landen und starten, ohne die Personenbeförderung oder die sonstige Aufgabe der Shuttles zu stören. Sie können auf dem fahrenden oder stationären Shuttle landen und von diesem starten. Die Reisestrecke der Drohne wird so optimiert, dass möglichst wenig Flugstrecke und viel Transport auf einem Shuttle gegeben ist. Hierzu wird eine Flugstrecke mit einem höheren Faktor gewichtet als eine Transportstrecke auf einem Shuttle und in der Steuerzentrale ein Optimum errechnet. Dabei wird die Gesamtzeit der Reise der Drohne berücksichtigt, damit die Ware innerhalb einer versprochenen Zeit am Zielpunkt ausgeliefert werden kann.
Die Drohnenführung erfolgt durch die Steuerzentrale. Ihr sind die Startpunkte und Zielpunkte der einzelnen Drohnenflüge, die Positionen der einzelnen Drohnen, der Zustand und die Eigenschaften der einzelnen Drohnen, die eventuelle Priorität einer Reise und die künftigen, bereits angenommenen Aufträge für Reisen bekannt. Die Steuerzentrale ist mit einer Mobilitätsplattform verbunden, die Zugriff auf den Verkehrsfluss der Flotte der Shuttles und vorzugsweise weiterer Fahrzeuge hat. Gegebenenfalls kann eine dieser Mobilitätsplattform übergeordnete Mobilitäts-Integrator Plattform vorgesehen sein, die mit der Mobilitätsplattform verbunden ist. Von der Mobilitätsplattform erhält die Steuerzentrale die notwendigen Informationen über die Fahrpläne, den aktuellen Ort, die Belegung und Reservierung der Drohnenträger usw., insgesamt somit Information über die Shuttles aller Art. Der Drohnenschwarm und die Shuttleflotte operieren im selben begrenzten Gebiet. Die Koordination zwischen Drohnen und Shuttles wird von der Mobilitätsplattform und/oder der Steuerzentrale übernommen.
Die Steuerzentrale ermöglicht es Drohnen, verfügbare Drohnenträger von (vorzugsweise elektrisch betriebenen) Shuttles anzufliegen und dort zu landen. Sie kann auch freie Shuttles zuweisen, um eine Drohne zu bewegen oder das Routing von Shuttles zwischen Drohne / Ware und Personenbeförderung zu priorisieren, wenn dies erforderlich ist. Wenn die vollständige Reise nicht innerhalb der aktuellen verfügbaren Routen abgeschlossen werden kann, kann die Steuerzentrale auch eine Drohne an einen Warteplatz, also einen stationären Zwischenlandeplatz schicken, der ebenfalls mit einem Drohnenträger ausgestattet ist. Die Steuerzentrale wird dann dafür sorgen, dass nach einer Anschlussfahrt gesucht wird.
Mit dem Erhalt einer Ware (von einem Kunden oder aus dem Lager) beginnt die Reise für die Drohne damit, dass die Steuerzentrale zunächst den gewünschten Zielort der Ware und Bedingungen für die Lieferung, zum Beispiel späteste Auslieferungszeit, Priorität des Auftrags, besondere Bedingungen am Zielort usw. speichert. Dann beginnt die Steuerzentrale mit der Planung des Fluges, es wird eine Drohne ausgewählt. Sobald für diese die beste Route aus einer Anzahl von überprüften Routen gefunden wurde, wobei die Steuerzentrale auf die Informationen in der Mobilitätsplattform zurückgreift, startet die Drohne mit einem kurzen Flug in Richtung des nächsten Shuttles und landet auf dem dortigen Drohnenträger. Der Platz auf diesem Drohnenträger wurde von der Steuerzentrale vorab über die Mobilitätsplattform reserviert. Die Drohne bleibt auf dem Drohnenträger, bis sich ein anderes Shuttle in der Nähe befindet, das einen besseren Weg zum Zielpunkt hat. Der Drohnenträger dieses nächsten Shuttles ist entweder im vorab durch die Steuerzentrale reserviert worden oder wird aktuell von dieser gebucht, sobald die Steuerzentrale erkennt, dass das nächste Shuttles günstiger für die Reise der Drohne ist. Wenn der Abstand zwischen beiden Shuttles möglich gering ist, verlässt die Drohne das erste Shuttle und macht einen kurzen Flug zum zweiten Shuttle. Diese kurzen Flüge zu einem weiteren Shuttle können sich wiederholen, bis die Drohne in der Nähe des Zielortes ist. In dessen Nähe verlässt die Drohne den Drohnenträger des letzten Shuttles und liefert die Ware am Zielpunkt ab.
Da die Shuttles und Drohnen in einer gemeinsamen digitalen Mobilitätsplattform verbunden und integriert sind, kann die Route jederzeit dynamisch mit wechselnden Routing-Herausforderungen (wie Staus) oder neuen Möglichkeiten (wie neue Personenfahrten) verändert werden.
Durch Verwendung eines Schwarms hüpfender Drohnen wird die Transportkapazität multipliziert, indem das gleiche Verhalten einer einzelnen Drohne reproduziert wird. Alle Drohnen haben vorzugsweise die gleiche Punkt-zu-Punkt-Lieferfähigkeit und das Shuttle-Netzwerk bietet eine lange Reichweite und Ausdauer. Dies bietet eine immense automatisierte Punkt-zu-Punkt-Lieferfähigkeit über lange Distanzen, da kein zentraler Drohnentransport-Hub (wie ein Drohnen-Truck) verwendet wird, der die Kapazität und Frequenz begrenzt.
Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße System, das auch zur Erläuterung des Verfahrens dient, wird im Folgenden näher erläutert und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist nicht einschränkend zu verstehen. In der Zeichnung zeigen

1 eine prinzipielle Darstellung einer Drohne mit einem darunter befindlichen Drohnenträger,
2 ein Fahrzeug mit einem Drohnenträger,
3 ein Blockdiagramm des verwendeten Systems, und
4 eine prinzipielle Darstellung eines begrenzten territorialen Gebietes mit Startpunkt und Zielpunkt für eine Reise einer Drohne.

1 zeigt prinzipiell dargestellt eine handelsübliche Drohne 20. Sie hat eine Flugkontrolleinheit 22, einen Elektromotor 24, einen Rotor 26, der vom Elektromotor 24 angetrieben wird und einen Akkumulator 28 für die Stromversorgung der Flugkontrolleinheit 22, des Elektromotors 24 und eventuell weiterer Verbraucher an Bord. In ihrem unteren Bereich ist ein Raum 32 vorgesehen, der für die Aufnahme einer Ware 34 geeignet ist. Im Raum 32 ist diese Ware 34 geschützt untergebracht, also zum Beispiel sicher vor Regen geschützt. Der Raum 32 hat einen Boden, der nach unten weggeklappt werden kann, siehe Pfeil 35. Bei aufgeklappten Boden kann die Ware 34 in den Raum 32 eingebracht und am Zielpunkt nach unten fallen und ausgeliefert werden. Unten am Boden ist eine Kupplung 36 vorgesehen. Sie ist primär eine mechanische Kupplung. Vorzugsweise ist sie auch eine elektrische Kupplung, sie ist dann elektrisch mit der Steuereinheit 30 verbunden. Bei der Ausbildung als elektrische Kupplung kann sie Ladespannung für den Akkumulator 28 aufnehmen, über die Steuereinheit 30 kann dann der Akkumulator 28 geladen werden. Es ist möglich, austauschbare Akkumulatoren 28 vorzusehen.
Mit der Kupplung 36 wirkt eine Gegenkupplung 38 zusammen. Sie ist an einem Drohnenträger 40 angeordnet. Auf diesem Drohnenträger 40 kann einer Drohne 20 landen, dies erfolgt autonom und automatisch. Dabei kommen die Kupplung 36 und die Gegenkupplung 38 in Eingriff. Die Drohne 20 ist dann mechanisch mit dem Drohnenträger 40 verbunden. Diese Verbindung ist ausreichend fest für die bei normalem Fahrbetrieb eines Fahrzeugs auftretenden Kräfte.
In der vorzugsweise in Ausbildung ist auch die Gegenkupplung 38 eine elektrische Kupplung. Dadurch ist eine elektrische Verbindung mit der Drohne 20 möglich. Die elektrische Verbindung dient zum Aufladen des Akkumulator 28, sie kann aber auch zur Datenübertragung genutzt werden.
Die Kupplung 36 und die Gegenkupplung 38 sind mit jeweils einem Sensor 42 versehen, der ein Signal darüber abgibt, ob die Kupplung geschlossen ist oder nicht. Bei der vorzugsweise elektrischen Ausbildung beider Kupplungsteile 36, 38 kann einer der Sensoren 42, vorzugsweise derjenige der Drohne 20, entfallen. Über den Sensor 42 des Drohnenträgers 40 kann jederzeit abgefragt werden, ob der zugehörige Drohnenträger 40 belegt ist oder nicht.
2 zeigt ein Beispiel für ein Fahrzeug 44, das beispielsweise Teil einer öffentlichen städtischen Nahverkehrsflotte ist. Es trägt auf seinem Dach einen Drohnenträger 40. Das Fahrzeug 44 und damit auch der mindestens eine Drohnenträger 40 ist über eine Funkverbindung mit einer Mobilitätsplattform 46 verbunden, auf die im Folgenden unter Bezugnahme auf 3 näher eingegangen wird.
3 zeigt ein Blockschaltbild des verwendeten Systems. In der Mobilitätsplattform 46 sind die Daten und der aktuelle Zustand mindestens eines Mobilitätsnetzwerkes vorhanden. Beispiele für ein Mobilitätsnetzwerk sind der öffentliche Personennahverkehr, die Taxis einer Stadt, eine Flotte von Lieferfahrzeugen der Paketauslieferung usw. Im gezeigten Ausführungsbeispiel hat dieses Mobilitätsnetzwerk eine eigene Zentrale 48. Diese ist für die Erfassung der Daten und möglicherweise Steuerung der einzelnen Fahrzeuge 44 zuständig. Sie ist darüber informiert, welche der Fahrzeuge 44 mit einem Drohnenträger 40 ausgerüstet sind und welche nicht. Für die Erfindung sind nur die ersteren relevant. Wenn mehrere Mobilitätsnetzwerke eingesetzt werden, ist es vorteilhaft, dass jedes seine eigene Zentrale hat. Die Zentralen 48 sind mit der Mobilitätsplattform 46 in wechselseitiger Verbindung.
Die Mobilitätsplattform 46 ist weiterhin mit einer Steuerzentrale 50 in wechselseitiger Verbindung, die für die Drohnen 20 zuständig ist. Die Steuerzentrale 50 ist in Funkverbindung mit zumindest den Drohnen 20, die sich auf einer Reise befinden.
4 zeigt prinzipiell einen Ausschnitt einer Landkarte, nämlich ein begrenztes Gebiet 52 einer Stadt. Gezeigt ist ein Startpunkt 54, von dem aus eine Drohne 20 ihre Reise beginnt. Die Reise endet an einem Zielpunkt 56, wo die Drohne 20 eine am Startpunkt 54 aufgenommene Ware 34 abliefert.
Der Startpunkt 54 befindet sich in vorteilhafter Weise in Nähe eines Knoten-punktes des Mobilitätsnetzwerkes, falls der Startpunkt 54 ein Lager, wie z.B. ein Auslieferungslager ist. Wenn mit dem System einzelne Waren 34, zum Beispiel Päckchen, die einzelne Absender abschicken wollen, aufgenommen und zu einer zentralen Station wie zum Beispiel einer Poststation oder dergleichen gebracht werden sollen, ist es vorteilhaft, die zentrale gelegene Station als den Zielpunkt zu wählen.
In 4 sind die Flugstrecken 58 durch gerade Linien, die zudem gestrichelt sind, dargestellt. Die Mitfahrstrecken 60 der Reise der Drohne 20, also die Teilstrecken ihrer Reise, die die Drohne 20 auf einem Drohnenträger 40 eines Fahrzeugs 44 zurückgelegt, sind entsprechend dem unregelmäßigen Straßenverlauf durch unregelmäßig verlaufende, ausgezogene Linien dargestellt. Es ist noch ein Ruhepunkt 62 eingezeichnet, den die Drohne 20 im konkreten Fall aber nicht nutzt. Das Verfahren zum Transport einer Ware mittels einer Drohne 20 vom Startpunkt 54 zu dem Zielpunkt 56 läuft wie folgt ab: Am Startpunkt 54 liegt eine Ware 34 vor, sie soll zu einem Zielpunkt 56 transportiert werden. Dieser Transport soll innerhalb eines konkreten Zeitabschnittes, beispielsweise innerhalb von 3 Stunden nach Einlieferung der Ware 34 abgeschlossen sein. Die Ware hat ein gewisses Gewicht und ein gewisses Volumen, es werden nur Waren 34 angenommen, die insoweit innerhalb mitgeteilter Grenzen liegen.
Der der konkreten Ware 34 zugehörige Auftrag wird in die Steuerzentrale 50 eingegeben. Dies erfolgt in der Regel durch einen Menschen. Die Steuerzentrale 50 organisiert nun die Reise für diese Ware 34. Sie sucht eine Drohne 20 aus, die für den Transport der konkreten Ware 34 geeignet ist und zur Verfügung steht. Sie fragt über die Mobilitätsplattform 46 an, welche Fahrzeuge 44 aktuell für die Wegstrecken der Reise der Drohne 20 verwendet werden können.
Im konkreten Fall wird angenommen, dass die Steuerzentrale 50 die Reise vollständig im Voraus plant. Die Steuerzentrale 50 fragt über die Mobilitätsplattform 46 für eine erste Wegstrecke 64 einen Platz auf einem Drohnenträger 40 eines Fahrzeugs 44 an, das hier ein erster Linienbus ist. Dieser befindet sich aktuell in Nähe des Startpunktes 54. Die Mobilitätsplattform 46 beantwortet die Anfrage positiv, der Platz wird für die erste Wegstrecke des Fahrzeugs 44 reserviert. Die Steuerzentrale 50 fragt nun die Mobilitätsplattform 46 weiter an, ob für eine weitere Wegstrecke, die mit einem Lieferfahrzeug eines Paketzustellers befahren werden soll, ein Drohnenplatz frei ist. In diesem Fall beantwortet die Mobilitätsplattform 46 die Anfrage negativ. Die Steuerzentrale sucht daher nach einer Alternative und fragt die Verfügbarkeit des Drohnenträgers 40 für eine zweite Wegstrecke 66 eines zweiten Linienbusses an. Diesmal ist die Antwort positiv, die Mobilitätsplattform 46 hat eine Reservierung für diese zweite Wegstrecke 66 vorgenommen und dies der Steuerzentrale 50 mitgeteilt. Diese bucht nun die beiden Wegstrecken 64, 66 bei der Mobilitätsplattform 46.
Die Steuerzentrale 50 übermittelt die Informationen über die Reise vom Startpunkt 54 zum Zielpunkt 56 an die Drohne 20, wo die Informationen in der Steuereinheit 30 gespeichert werden, und startet die Drohne 20. Der erste Teil der Reise ist eine Flugstrecke 58. Sie endet am Beginn der ersten Wegstrecke 64. Dort landet die Drohne 20 auf dem Drohnenträger eines ersten Linienbusses und wird von diesem bis zum Ende der ersten Wegstrecke 64 transportiert. Während des Transports ist die Gegenkupplung 38 mit der Kupplung 36 verbunden, über den Sensor 42 wird über die Zentrale 48 und die Mobilitätsplattform 46 der Steuerzentrale 50 mitgeteilt, dass die Drohne 20 sich auf dem ersten Linienbus befindet. Wenn auch die Kupplung 36 der Drohne 20 mit einem Sensor 42 ausgerüstet ist, erhält die Steuerzentrale 50 ein entsprechendes Signal auch direkt über die Drohne 20. Während der Mitfahrt wird auch der Akkumulator 28 aufgeladen.
Am Ende der ersten Wegstrecke 64 hebt die Drohne 20 vom fahrenden ersten Linienbus ab, dieses Ereignis wird über den mindestens einen Sensor 42 erfasst und der Steuerzentrale 50 mitgeteilt. Die Drohne 20 legt nun eine zweite Flugstrecke 59 bis hin zu dem Beginn der zweiten Wegstrecke 66 ihrer Mitreise auf dem zweiten Linienbus zurück, sie landet dort auf dem für sie gebuchten Drohnenträger 40. Die weiteren Vorgänge laufen wie oben ab. Am Ende der zweiten Wegstrecke 66 beginnt eine dritte Flugstrecke 58, die Drohne 20 fliegt direkt zu dem Zielpunkt 56, wo sie ihre Ware 34 abgibt.
Begriffe wie im Wesentlichen, vorzugsweise und dergleichen sowie möglicherweise als ungenau zu verstehende Angaben sind so zu verstehen, dass eine Abweichung um plusminus 5 %, vorzugsweise plusminus 2 % und insbesondere plus minus ein Prozent vom Normalwert möglich ist. Die Anmelderin behält sich vor, beliebige Merkmale und auch Untermerkmale aus den Ansprüchen und/oder beliebige Merkmale und auch Teilmerkmale aus einem Satz der Beschreibung in beliebiger Art mit anderen Merkmalen, Untermerkmalen oder Teilmerkmalen zu kombinieren, dies auch außerhalb der Merkmale unabhängiger Ansprüche.
In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
Bezugszeichenliste

20: Drohne
22: Flugkontrolleinheit
24: Elektromotor
26: Rotor
28: Akkumulator
30: Steuereinheit
32: Raum
34: Ware
35: Pfeil
36: Kupplung
38: Gegenkupplung
40: Drohnenträger
42: Sensor
44: Fahrzeug
46: Mobilitätsplattform
48: Zentrale
50: Steuerzentrale
52: begrenztes Gebiet
54: Startpunkt
56: Zielpunkt
58: Flugstrecke
60: Mitfahrstrecke
62: Ruhepunkt
64: erste Wegstrecke
66: zweite Wegstrecke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014032034 A1 [0004]
US 2017011340 A1 [0005]
WO 2015/155087 A1 [0006]
WO 2017/079587 A1 [0007]
WO 2017/083282 A1 [0008]

Claims

System für eine Zustellung von Waren (34) von einem Startpunkt (54) zu einem Zielpunkt (56), mit mindestens einer Drohne (20), die a) eine für autonomes Fliegen eingerichtete Flugkontrolleinheit (22) aufweist, b) mindestens einen als Elektromotor (24) ausgebildeten Flugmotor hat, c) einen Akkumulator (28) aufweist, der den Flugmotor mit Spannung versorgt, d) eine programmierbare Steuereinheit (30) hat, und e) an ihrer Unterseite eine Kupplung (34) für eine elektrische und vorzugsweise auch mechanische Verbindung aufweist, mit einer Steuerzentrale (50), die in drahtloser Verbindung mit der Steuereinheit (30) der Drohne (20) ist, mit einem Mobilitätsnetzwerk bestehend aus einer Flotte von Fahrzeugen (44), insbesondere Straßenfahrzeugen, wobei jedes Fahrzeug einen Drohnenträger (40) aufweist, der eine mit der Kupplung (36) zusammenwirkende Gegenkupplung (38) hat, mit einer digitalen Mobilitätsplattform (46), die mit der Flotte von Fahrzeugen (44) in drahtloser Verbindung ist, über deren Fahrpläne, Drohnenträger (40), aktuelle Standorte der Fahrzeuge (44) informiert ist und mit der Steuerzentrale (50) in Verbindung ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilitätsplattform (46) in Funkverbindung mit den einzelnen Drohnenträgern (40) der Fahrzeuge (44) ist, und dass von der Steuerzentrale (50) übermittelte Buchungsanfragen für einen Platz auf einem Drohnenträger (40) eines speziellen Fahrzeugs (44) annimmt und der Steuerzentrale (50) bestätigt.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich über ein begrenztes Gebiet (52) erstreckt.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin Ruhepunkte (62) aufweist, die jeweils mit mindestens einem Drohnenträger (40) ausgestattet sind und stationär sind.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenkupplung (38) einen Sensor (42) aufweist, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Gegenkupplung (38) mit der Kupplung (36) verbunden ist.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Drohnenträger (40) oder das zugehörige Fahrzeug (44) in direkter oder indirekter Funkverbindung mit der Mobilitätsplattform (46) sind und über diese Funkverbindung ein Signal über ihren aktuellen Ort abgeben, insbesondere, dass sie mit einem GPS-Modul ausgerüstet sind.
System nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (20) über die Funkverbindung mit der Steuerzentrale (50) dieser ihren aktuellen Ort mitteilt, insbesondere, dass die Drohne (20) mit einem GPS-Modul ausgerüstet ist.
Verfahren zum Transport einer Ware von einem Startpunkt (54) zu einem Zielpunkt (56) unter Verwendung eines Systems nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das Verfahren hat die folgenden Verfahrensschritte: a) Eingeben der Daten einer Ware (34) insbesondere ihres Zielpunktes (56), in eine Steuerzentrale (50), b) Planen und Organisieren der Reise der Ware (34) zum Zielpunkt (56) durch die Steuerzentrale (50) mit den Einzelschritten - Auswahl einer Drohne (20) am Zielpunkt (56) für die Reise, - Planen der Reiseroute mit Anfrage bei der Mobilitätsplattform (46) nach einem Drohnenplatz für mindestens eine Wegstrecke und Buchen der mindestens einen Wegstrecke, einschließlich Planen von mindestens einer Flugstrecke (58), - Speichern der zumindest teilweise fertigen Reiseroute und Übertragen von Daten der gespeicherten Reiseroute in die Steuereinheit (30) der Drohne (20), - Startbefehl an die Drohne (20).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerzentrale (50) ständig Daten über den aktuellen Ort der Drohne (20) aufnimmt und prüft, ob diese Daten mit der geplanten Reiseroute übereinstimmen, wenn hierbei eine Abweichung festgestellt wird, berechnet die Steuerzentrale (50) eine neue Reiseroute.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerzentrale (50) eine Information darüber erhält, ob sich die Drohne (20) auf einem Drohnenträger (40) befindet oder nicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerzentrale (50) dann, wenn während der Reise der Drohne (20) festgestellt wird, dass aktuell kein geeigneter Drohnenträger (40) in der Nähe der Drohne (20) ist, einen Warteplatz anfragt und, falls dieser frei ist, die Drohne (20) veranlasst, auf dem Warteplatz zu parken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Organisieren der Reise die Anteile der Flugstrecken an der Reiseroute mit einem höheren Gewichtsfaktor bewertet werden als die Anteile der Wegstrecken an der Reiseroute, vorzugsweise mit zumindest einem doppelt so hohen Gewichtsfaktor, und dass für die Gesamtstrecke der Reise die Summe aus den Gewichtsfaktoren mal Länge der einzelnen Streckenteile minimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Organisieren der Reise so ausgelegt ist, dass für eine Reise die Gesamtsumme der Wegstrecken (64, 66) größer ist als die Gesamtsumme der Flugstrecken (58), insbesondere mindestens doppelt so groß ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Stillstand des Transports über eine Wegstrecke (64, 66), wenn sich die Ortskoordinate der Drohne (20) für eine gewisse Zeitspanne nicht ändert, die Steuerzentrale (50) die Drohne (20) veranlasst, den Drohnenträger (40) zu verlassen und einen anderen Drohnenträger (40) oder gegebenenfalls den Zielpunkt (56) anzufliegen.